Микроскопические организмы, обитающие в океане — водоросли, амёбы, жгутиконосцы и другие формы фитопланктона — играют ключевую роль в морской экосистеме. Они участвуют в глобальном круговороте углерода, служат основой пищевой цепи и помогают регулировать климат. Однако у этих «строительных кирпичиков жизни» есть малозаметные, но могущественные враги — гигантские вирусы. Новое исследование американских учёных показало, что их влияние на морские экосистемы гораздо масштабнее, чем считалось ранее.
Открытие 230 новых гигантских вирусов
Команда из Школы морских, атмосферных и геологических наук Розенстила при Университете Майами обнаружила 230 ранее неизвестных гигантских вирусов, анализируя данные о морской ДНК с помощью суперкомпьютеров и нового алгоритма BEREN. Это специализированный инструмент для распознавания вирусных геномов в массивных наборах данных секвенирования.
Обнаруженные вирусы не только поразили своим разнообразием, но и продемонстрировали наличие более 500 новых белков, включая девять, связанных с фотосинтезом. Это говорит о том, что вирусы могут напрямую вмешиваться в работу своих хозяев, нарушая способность преобразовывать солнечный свет в энергию.
Вирусы, которые управляют морской жизнью
Как объясняет соавтор исследования Мохаммад Монируззаман, доцент кафедры морской биологии и экологии, гигантские вирусы часто становятся причиной гибели фитопланктона. Это микроорганизмы, на которых держится вся пищевая сеть океана — от зоопланктона до китов и человека. Массовая гибель фитопланктона может нарушать баланс экосистем, а иногда даже приводит к вредоносному цветению водорослей, которое угрожает здоровью человека, например, во Флориде.
Кроме того, обнаруженные вирусы обладают уникальными функциями, ранее не фиксировавшимися в вирусной природе. Некоторые их белки могут оказаться перспективными для биотехнологии, например, как ферменты с новыми свойствами.
Сложная задача — гигантский результат
Поиск новых вирусов — нетривиальная задача. Современные вычислительные методы не всегда справляются с анализом огромных объёмов метагеномных данных, в которых смешаны фрагменты ДНК сотен тысяч видов. Чтобы решить эту проблему, учёные разработали новый алгоритм BEREN, способный точно выделять и классифицировать гигантские вирусы. Они применили его к данным из девяти международных проектов, охватывающих почти все океанические регионы мира.
Извлечённые геномы вирусов были сопоставлены с открытыми базами данных, что позволило выявить новые функции, ранее не ассоциированные с вирусами, в том числе гены, участвующие в фотосинтезе и углеродном метаболизме.
Роль вирусов в биогеохимии океана
Ведущий автор исследования Бенджамин Минч подчёркивает: гигантские вирусы могут существенно менять метаболизм своих хозяев. Некоторые из них переносят гены, ранее считавшиеся характерными только для живых клеток. Это даёт основания полагать, что вирусы участвуют в регуляции химических циклов в океане, включая углеродный и азотный, что особенно важно в условиях изменения климата.
Исследование также создаёт основу для дальнейшего развития методов вирусного мониторинга, что может помочь в обнаружении загрязнений и патогенов в воде, включая потенциально опасные для человека микроорганизмы.
Почему это важно
Гигантские вирусы до сих пор остаются относительно малоизученными. Однако уже сейчас очевидно, что они — не просто паразиты. Они формируют сложные отношения с микроскопической жизнью океана, от которых зависит здоровье экосистем и безопасность человека. Вирусы могут как остановить рост вредоносных водорослей, так и наоборот — спровоцировать их расцвет. От понимания этих процессов зависит способность предсказывать и предотвращать экологические катастрофы.
Более глубокое изучение этих организмов позволяет нам не только понять скрытые механизмы морской жизни, но и использовать полученные знания в медицине, экологии и биотехнологии. В будущем такие открытия могут лечь в основу новых методов диагностики, очистки воды и даже создания новых лекарств.